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JPS6355791B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6355791B2
JPS6355791B2 JP3253082A JP3253082A JPS6355791B2 JP S6355791 B2 JPS6355791 B2 JP S6355791B2 JP 3253082 A JP3253082 A JP 3253082A JP 3253082 A JP3253082 A JP 3253082A JP S6355791 B2 JPS6355791 B2 JP S6355791B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
digital
counter
signal
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP3253082A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57162481A (en
Inventor
Deebitsudo Kamaafuoodo Riiamu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPS57162481A publication Critical patent/JPS57162481A/en
Publication of JPS6355791B2 publication Critical patent/JPS6355791B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50Transmitters
    • H04B10/501Structural aspects
    • H04B10/503Laser transmitters
    • H04B10/504Laser transmitters using direct modulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50Transmitters
    • H04B10/564Power control

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発光半導体デバイスのための駆動電流
の制御に、より具体的には注入レーザのためのバ
イアス電流のフイードバツク制御に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to control of drive current for light emitting semiconductor devices, and more particularly to feedback control of bias current for injection lasers.

注入レーザは効率的で且つコンパクトなコヒー
レント光源として働く発光半導体デバイスであ
る。そのようなデバイスはデータ通信並びに記
録、印刷及び表示装置において用いられている。
Injection lasers are light emitting semiconductor devices that act as efficient and compact coherent light sources. Such devices are used in data communications and recording, printing and display devices.

多くの応用において満足に動作するために注入
レーザはバイアス電流が供給される必要がある。
注入レーザに固定値のバイアス電流を用いる例は
例えば米国特許第3319080号、第3815045号、第
3925735号、第3968399号及び第4027179号明細書
に見られる。
In many applications, injection lasers must be supplied with a bias current to operate satisfactorily.
Examples of using a fixed bias current for an injection laser are, for example, U.S. Pat.
See specifications No. 3925735, No. 3968399 and No. 4027179.

レーザのバイアス電流のフイードバツク制御も
公知である。もしバイアス電流が光出力に応答す
る負フイードバツク・システムによつて制御され
るならば、個々のデバイスの特性の差異及びエー
ジングもしくは温度変化等によるデバイス特性の
時間的変化が補償される。
Feedback control of laser bias current is also known. If the bias current is controlled by a negative feedback system responsive to optical output, differences in individual device characteristics and changes in device characteristics over time due to aging or temperature changes, etc., are compensated for.

注入レーザに関するバイアス電流のフイードバ
ツク制御の使用例は例えば米国特許第3946335号
及び第4009385号明細書並びにJ.Gruber他、
“Electronic Circuits for High Bit Rate
Digital Fiber Optic Communication
Systems”、IEEE Trans.Comm.、COM−26
1088〜1098(July1978);D.Smith、“Laser Level
−control Ciruit for High−bit−rate System
Using a Slope Detector”、Elect.Lett.、14
775〜6(1978);P.Schumate他、“GaAlAs
Laser Transmitter for Lightwave
Transmission System”Bell Sys.Tech.Jour.57
1823〜1836(1978)に見い出される。
Examples of the use of bias current feedback control for injection lasers are found in, for example, U.S. Pat.
“Electronic Circuits for High Bit Rate
Digital Fiber Optic Communication
Systems”, IEEE Trans.Comm., COM−26 ,
1088-1098 (July1978); D. Smith, “Laser Level
−control Ciruit for High−bit−rate System
Using a Slope Detector”, Elect.Lett., 14 ,
775-6 (1978); P. Schumate et al., “GaAlAs
Laser Transmitter for Lightwave
Transmission System”Bell Sys.Tech.Jour. 57 ,
Found in 1823-1836 (1978).

注入レーザの変調信号が性質上デイジタルであ
る時でさえも、これら全てのフイードバツク・シ
ステムはアナログ型である。これは明らかに、感
知された光の振幅がデイジタル符号に変換される
事もなく、バイアス電流が(変調信号と対照的
に)デイジタル表現をアナログ形式に変換する事
によつて作られる事もないからである。バイアス
電流がアナログ的であるのは、それが取り得る振
幅値が連続的な性質を持つ事からも明らかであ
る。もしバイアス電流がデイジタル符号からの変
換の結果として作られるのであれば、バイアス電
流は(ある離散値から他の離散値への変化による
過渡現象が消滅した後の)定常状態においては離
散的な値しか取り得ないであろう。従つて従来技
術は、例え制御されたバイアス・レベルに重ね合
される信号が普通デイジタル的性質のものであつ
ても、注入レーザのバイアス・レベルの制御にア
ナログ・フイードバツクを用いていたのである。
All these feedback systems are of the analog type even when the injection laser modulation signal is digital in nature. This is clearly because the amplitude of the sensed light is not converted into a digital code, nor is a bias current created by converting the digital representation (as opposed to a modulating signal) into analog form. It is from. The bias current is analog-like, as is clear from the fact that the amplitude values it can take are continuous. If the bias current is created as a result of a conversion from a digital code, then the bias current is a discrete value in the steady state (after the transient from one discrete value to another has disappeared). I can only take it. Therefore, the prior art used analog feedback to control the bias level of the injection laser, even though the signal superimposed on the controlled bias level was typically of a digital nature.

従来技術の回路は、本来集積化の難かしいキヤ
パシタ及びインダクタ等の回路素子を含んでいる
ので、モノリシツクに集積化する事が本来困難で
ある。これらの回路素子がそのようなアナログ回
路で必要なのは、そのアナログ回路が1つ以上の
低域フイルタを必要とするからである。低域フイ
ルタは例えば変調信号が負フイードバツク・バイ
アス安定化システムに悪影響を与えないように、
及び積分等の演算を実行するためにフイードバツ
ク・システム自体に用いられる。また従来技術の
回路は拡張された又は柔軟性のある制御又はテス
ト機能を提供しない。これは各付加的機能が付加
的回路を必要とするからである。その結果、従来
技術の制御回路は融通性に欠けていた。異なつた
動作のモードあるいは異なつた応用は普通異なつ
た制御回路を必要とする。
Conventional circuits include circuit elements such as capacitors and inductors that are inherently difficult to integrate, so they are inherently difficult to monolithically integrate. These circuit elements are necessary in such analog circuits because the analog circuit requires one or more low pass filters. A low-pass filter can be used, for example, to prevent the modulating signal from negatively impacting the negative feedback bias stabilization system.
and in the feedback system itself to perform operations such as integration. Also, prior art circuits do not provide extended or flexible control or testing capabilities. This is because each additional function requires additional circuitry. As a result, prior art control circuits lacked flexibility. Different modes of operation or different applications usually require different control circuits.

モノリシツク集積化は他の実施方法を上回る価
格及び性能上の利点を提供する。またそれは制御
システムを注入レーザ及び付属の出力光フアイバ
と同じモジユール中に置ける程度に充分に小さく
形成する。さらに制御及びテスト機能の拡張は応
用に柔軟性を与えるが、これは一般にデイジタル
回路素子に伴なうものである。
Monolithic integration offers price and performance advantages over other implementations. It also makes the control system small enough to be placed in the same module as the injection laser and the attached output optical fiber. Additionally, expanded control and test capabilities provide application flexibility that is typically associated with digital circuitry.

従つて本発明の目的は、容易にモノリシツク的
に集積化できる注入レーザ用バイアス電流制御回
路を提供する事である。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a bias current control circuit for an injection laser that can be easily monolithically integrated.

本発明の他の目的は、拡張された柔軟な制御、
変調及びテスト機能を有する制御回路を提供する
事である。
Other objects of the invention are extended flexible control;
The object of the present invention is to provide a control circuit with modulation and test functions.

本発明の他の目的は、通常のデイジタル部品用
の製造ライン上で製造及びテストできるそのよう
な制御回路を提供する事である。
Another object of the invention is to provide such a control circuit that can be manufactured and tested on a normal digital component production line.

本発明の他の目的は、注入レーザ及び付属出力
光フアイバと同じモジユール内に実装可能な程度
の小さな制御回路をを提供する事である。
Another object of the invention is to provide a control circuit that is small enough to be implemented in the same module as the injection laser and the attached output optical fiber.

本発明の他の目的は、注入レーザ用のデイジタ
ル制御回路を提供する事である。
Another object of the invention is to provide a digital control circuit for an injection laser.

注入レーザ等の発光半導体デバイスのための駆
動電流は、複数の異なつた離散的な電流振幅の任
意の1つを供給し得るデイジタルにプログラム可
能な電流源によつて供給される。デバイスによつ
て放射される光の振幅は感知されデイジタル的に
符号化される。デイジタルに符号化された光出力
レベルに応答し且つ同様に他のデイジタル信号に
も選択的に応答する論理回路が、プログラマブル
電流源によつて供給される離散的電流振幅を制御
する。
Drive current for a light emitting semiconductor device, such as an injection laser, is provided by a digitally programmable current source that can provide any one of a plurality of different discrete current amplitudes. The amplitude of light emitted by the device is sensed and digitally encoded. A logic circuit responsive to the digitally encoded light output level and selectively responsive to other digital signals as well controls the discrete current amplitude provided by the programmable current source.

良好な実施例がデイジタル(又はアナログ)通
信に用いられる時、デイジタルにプログラマブル
な電流源は注入レーザのためのバイアス電流を供
給する。レーザのための全駆動電流を形成するた
めにこのバイアス電流に変調電流が付け加えられ
る。別の動作のモードでは変調された駆動電流が
プログラマブル電流源によつて供給される。
When the preferred embodiment is used for digital (or analog) communications, a digitally programmable current source provides bias current for the injection laser. A modulation current is added to this bias current to form the total drive current for the laser. In another mode of operation, a modulated drive current is provided by a programmable current source.

第1図に示すように、受光デバイス10は、発
光半導体デバイス12の放出する光14に応答す
るようにデバイス12に関して配置される。デバ
イス12からの光14は他方向にも伝わり、そこ
で1つ以上の有用な機能を果たす。例えば光14
は第1図及び第2図に示すように光フアイバ16
に結合してもよい。デバイス10及び12は任意
の便利な方式で共通構造18上に搭載しても良
い。デイジタル制御装置20はデバイス10から
来る信号線22上のアナログ信号に応答して、デ
バイス12のために信号線24に駆動電流を発生
する。デイジタル制御装置20は一般にアナログ
−デイジタル変換器26、制御論理28、及びデ
イジタル−アナログ変換器30から構成される。
制御装置20は一般に、第1図のデイジタル:シ
ステム32のような他のデイジタル装置とデイジ
タル的相互連絡するように作られている。デイジ
タル・システム32はデイジタル制御ワード線3
4を経て制御装置20に制御情報を与える。また
制御装置20はデイジタル・ステータス報告ワー
ド線36を経てデイジタル・システム32にステ
ータス情報を報告する。多くの応用において発光
デバイス12は何らかの方式で変調される。変調
情報は一般にデイジタル・システム32から符号
入力線38を経て制御装置20に送られる。変調
情報はシステム32以外の装置からも制御装置2
0に与えられる。また変調情報は出力を制御する
のに使用せずむしろ制御された出力24と和を取つ
てもよい。また変調情報はデイジタルはなくアナ
ログ的なものでもよい。
As shown in FIG. 1, light receiving device 10 is positioned with respect to light emitting semiconductor device 12 so as to be responsive to light 14 emitted by light emitting semiconductor device 12. As shown in FIG. Light 14 from device 12 also travels in the other direction, where it performs one or more useful functions. For example, light 14
is an optical fiber 16 as shown in FIGS. 1 and 2.
May be combined with Devices 10 and 12 may be mounted on common structure 18 in any convenient manner. Digital controller 20 generates a drive current on signal line 24 for device 12 in response to analog signals on signal line 22 coming from device 10 . Digital controller 20 is generally comprised of an analog-to-digital converter 26, control logic 28, and a digital-to-analog converter 30.
Controller 20 is generally configured for digital interconnection with other digital devices, such as digital system 32 of FIG. Digital system 32 includes digital control word line 3
The control information is given to the control device 20 via step 4. Controller 20 also reports status information to digital system 32 via digital status report word line 36. In many applications, light emitting device 12 is modulated in some manner. Modulation information is typically sent from digital system 32 to controller 20 via code input line 38. Modulation information can also be sent to the control device 2 from devices other than the system 32.
given to 0. Also, the modulation information may not be used to control the output, but rather be summed with the controlled output 24. Furthermore, the modulation information may be analog instead of digital.

デバイス12は注入レーザ又はLED等の事実
上任意の発光半導体デバイスであり得るが、デイ
ジタル制御装置はデバイスが注入レーザの時に最
も有利に使用される特徴を持つ。従つて以下詳細
に説明する制御装置の例は注入レーザに関する制
御装置である。当業者にとつて明らかな些かの変
更を行なうだけでその制御装置は他の発光デバイ
スに用いる事ができる。
Although device 12 can be virtually any light emitting semiconductor device, such as an injection laser or an LED, the digital controller has features that are most advantageously used when the device is an injection laser. An example of a control device to be described in detail below is therefore a control device for an injection laser. The control device can be used in other light emitting devices with only minor modifications obvious to those skilled in the art.

第2図は制御装置の良好な実施例を示す。ここ
でアナログ−デイジタル変換器は2しきい値比較
器40として実現され、制御論理はアツプ/ダウ
ン・カウンタ42として、デイジタル−アナログ
変換器はデイジタル的にプログラマブルな電流源
44として実現される。この制御装置はいくつか
の異なつた動作モードを持ち、多くの異なつた応
用に使用できる。第2図に示す実施例では発光デ
バイスは注入レーザ46であり、受光デバイスは
フオトダイオード48である。この応用ではレー
ザ46は光フアイバ16に光信号を伝送するため
に使われている。信号線50の入力信号は2以上
のレベルのデイジタル信号でも、アナログ信号で
もよい。レーザ46によつて発生される光信号は
入力信号に対応する。説明を簡単にするため、入
力信号50はデイジタルにプログラマブルな電流
源44からの出力信号52に付加されるように示
してある。しかし2つの信号は電流源44の内部
で加算してもよい。またプログラマブル電流源は
符号化入力信号を受け取り、それを出力信号52
の成分の形に解読あるいは変換してもよい。
FIG. 2 shows a preferred embodiment of the control device. Here, the analog-to-digital converter is implemented as a two-threshold comparator 40, the control logic is implemented as an up/down counter 42, and the digital-to-analog converter is implemented as a digitally programmable current source 44. This controller has several different modes of operation and can be used in many different applications. In the embodiment shown in FIG. 2, the light emitting device is an injection laser 46 and the light receiving device is a photodiode 48. In this application, laser 46 is used to transmit optical signals into optical fiber 16. The input signal to the signal line 50 may be a digital signal of two or more levels or an analog signal. The optical signal generated by laser 46 corresponds to the input signal. For ease of explanation, input signal 50 is shown added to output signal 52 from digitally programmable current source 44 . However, the two signals may also be summed inside the current source 44. The programmable current source also receives an encoded input signal and converts it into an output signal 52.
may be deciphered or converted into the form of its components.

第3図は典型的な注入レーザの出力パワー曲線
のグラフである。駆動電流がしきい値ITHを越え
るとデバイスはレーザ発振を始める。ITHに続い
て、デバイスが完全にレーザ発振している殆んど
直線的な領域58が存在する。領域58の勾配はITH
以下の領域よりも急である。光パワー出力曲線に
3つの領域の定義が重ね合されている。レーザは
2進符号「11」で標識された領域内に平均出力パ
ワーが留まるように制御される。従つて領域
「11」は出力パワーの予期される変動がPTHと交差
しないようにPTHの上方にかなり離されている。
一方領域「11」はレーザの寿命が不当に短縮され
る程曲線の上方にあつてはならない。領域「01」
は領域「11」の下方のパワー領域であると定義さ
れ、領域「10」は領域「11」の上方の領域である
と定義される。
FIG. 3 is a graph of a typical injection laser output power curve. When the drive current exceeds the threshold ITH , the device starts lasing. Following I TH there is an almost linear region 58 where the device is fully lased. The slope of region 58 is I TH
It is steeper than the following areas. Three region definitions are superimposed on the optical power output curve. The laser is controlled so that the average output power remains within the region labeled with the binary code "11". Region "11" is thus spaced well above P TH so that expected variations in output power do not intersect P TH .
On the other hand, region "11" should not be so far above the curve that the lifetime of the laser is unduly shortened. Area “01”
is defined to be the power region below region "11", and region "10" is defined to be the region above region "11".

2つのしきい値比較器40は、レーザが領域
「11」で動作しているか又は領域「10」もしくは
「01」で動作しているかを判定する。P1は低いほ
うのしきい値で、駆動電流I1に対応する。もう一
方のしきい値はP2で定義され、駆動電流I2に対応
する。領域「11」はこれら2つのしきい値の間の
パワー領域であると定義される。アツプ/ダウ
ン・カウンタ42は比較器40の判定に応答す
る。レーザが領域「11」にある時はカウンタ42
は現在の計数値を保持する。レーザが領域「01」
にある時はカウンタ42はレーザ・パワーが増加
する傾向を有する方向に計数値を徐々に変化させ
る。レーザが領域「10」にある時はカウンタ42
はレーザ・パワーが減少する傾斜を有するように
反対方向に徐々に計数値を変化をさせる。カウン
ター42の計数値はデイジタル的にプログラマブ
ルな電流源44によつてレーザのための対応する
バイアス電流に変換される。
Two threshold comparators 40 determine whether the laser is operating in region "11" or in region "10" or "01". P 1 is the lower threshold and corresponds to the drive current I 1 . The other threshold is defined by P 2 and corresponds to the drive current I 2 . Region "11" is defined to be the power region between these two thresholds. Up/down counter 42 is responsive to the determination of comparator 40. When the laser is in the area "11", the counter 42
holds the current count value. Laser area "01"
, the counter 42 gradually changes the count value in a direction in which the laser power tends to increase. When the laser is in the area "10", the counter 42
gradually changes the count value in the opposite direction so that the laser power has a decreasing slope. The count value of counter 42 is converted by a digitally programmable current source 44 into a corresponding bias current for the laser.

第4図は第2図に概略を示した実施例のより詳
細な図である。第4図に説明した論理回路は第3
図に説明した符号を生成するように設計されてい
る。同じ符号を生成するのに他の構造を用いる事
もできる。第3図の符号はこの回路の部分を実施
するために使われた市販の論理チツプで使われる
ものである。他の符号を必要とする他のチツプを
用いてもよいが、その場合論理回路の構造はそれ
に従つて変形しなければならない。第4図はエミ
ツタ結合論理を用いて実施しているものとする。
他の論理技術も使用できるが、その場合自明な変
形がなされるであろう。フオトダイオード48
は、レーザ46によつて放射された光14の一部
によつて照射されるようにレーザ46に関して位
置付けられる。この光は抵抗60,62の直列接
続から成るフオトダイオード負荷回路に光強度に
比例した光電流を流す。この電流の大きさは、第
1の比較器64及び第2の比較器66と協動する
抵抗60,62によつてデイジタルに符号化され
る。
FIG. 4 is a more detailed illustration of the embodiment schematically shown in FIG. The logic circuit explained in Fig. 4 is the third
It is designed to generate the code described in the figure. Other structures can also be used to generate the same code. The numbers in FIG. 3 are those used in the commercially available logic chips used to implement portions of this circuit. Other chips requiring other codes may be used, but the structure of the logic circuit must then be modified accordingly. It is assumed that FIG. 4 is implemented using emitter coupling logic.
Other logic techniques could be used, with obvious modifications. photodiode 48
is positioned with respect to laser 46 such that it is illuminated by a portion of light 14 emitted by laser 46 . This light causes a photocurrent proportional to the light intensity to flow through a photodiode load circuit consisting of resistors 60 and 62 connected in series. The magnitude of this current is digitally encoded by resistors 60, 62 that cooperate with first 64 and second 66 comparators.

比較器64,66に関して反転及び非反転の入
力及び出力を適当に選択する事によつて、並びに
抵抗60,62,68及び70の抵抗値を適当に
選択する事によつて、第3図の符号選択に対応す
るように比較器64,66の出力72,74の論
理符号が形成される。例えばレーザ出力パワーが
P1よりも低い時フオトダイオード48の負荷回
路に流れる光電流は点72,74の論理値が
「01」となるようなものである。レーザ出力パワ
ーがP1とP2との間の時、点72,74の論理値
は「11」である。レーザ出力パワーがP2を越え
る時、点72,74の論理値は「10」である。
By appropriately selecting the inverting and non-inverting inputs and outputs for comparators 64, 66, and by appropriately selecting the resistance values of resistors 60, 62, 68, and 70, the configuration of FIG. The logical signs of the outputs 72, 74 of the comparators 64, 66 are formed to correspond to the sign selection. For example, if the laser output power is
When lower than P 1 , the photocurrent flowing through the load circuit of photodiode 48 is such that the logic value at points 72 and 74 is "01". When the laser output power is between P 1 and P 2 , the logical value of points 72 and 74 is "11". When the laser output power exceeds P 2 , the logical value of points 72 and 74 is "10".

エネーブル線76の「0」の論理値はANDゲ
ート78,80の出力を「0」にし、従つて点7
2,74の論理値がフリツプ・フロツプ82,8
4の入力に加えられるのを妨げる事によつてフイ
ードバツク・ループを開放する。点72,74の
論理値は信号線86,88を介して(デイジタ
ル・システム32又はマイクロプロセツサ等の)
外部のシステムに利用可能である。外部で作られ
た論理値は、信号線90,92を経てフリツプ・
フロツプ82,84の入力に印加する事によつて
点72,74の論理値の代りにフリツプ・フロツ
プに与える事ができる。エネーブル線76の論理
値が「1」の時、ANDゲート78,80は点7
2,74の論理値をフリツプ・フロツプ82,8
4の入力に加える。これはECLにおいて論理信
号の論理和を取る普通の方法である。他の論理フ
アミリーにおいてはORゲートが必要な事もあ
る。
A logic value of ``0'' on enable line 76 causes the output of AND gates 78, 80 to be ``0'', thus causing point 7
The logic value of 2,74 is the flip-flop 82,8
4, thereby opening the feedback loop. The logic values at points 72 and 74 are transmitted via signal lines 86 and 88 to the digital system 32 or microprocessor, etc.
Available to external systems. The logic value generated externally is sent to the flip-flop via signal lines 90 and 92.
By applying it to the inputs of flip-flops 82 and 84, the logical values at points 72 and 74 can be applied to the flip-flops instead. When the logic value of enable line 76 is "1", AND gates 78 and 80 are connected to point 7.
2,74 logical values are flip-flopped 82,8
Add to input 4. This is a common method of ORing logical signals in ECL. In other logic families, OR gates may be required.

エネーブル線76が「1」と仮定すると、クロ
ツク94からフリツプ・フロツプ82,84のク
ロツク入力に与えられる次のノツト・クロツク・
パルスが点72,74の論理値をフリツプ・フロ
ツプ82,84にロードされる。従つてフリツ
プ・フロツプ82,84の出力96,98は点7
2,74と同じ論理値を取る。
Assuming enable line 76 is ``1'', the next notch clock signal applied from clock 94 to the clock inputs of flip-flops 82, 84
A pulse loads the logic value at points 72, 74 into flip-flops 82,84. Therefore, the outputs 96, 98 of flip-flops 82, 84 are at point 7.
It takes the same logical value as 2,74.

(第2図の)アツプ/ダウン・カウンタ42は
2つの16進カウンタ100,102をカスケード
式に接続する事によつて実現される。カウンタ1
00,102は各々4ビツトの並列出力を与え
る。カウンタ102のオーバーフロー「キヤリ
ー・アウト」端子COはカウンタ100の「キヤ
リー・イン」端子CIに接続される。従つてこの
2つのカウンタ100,102は8ビツトの計数
範囲と8ビツトの並列出力を有する単一のカウン
タとして機能する。
Up/down counter 42 (of FIG. 2) is implemented by cascading two hexadecimal counters 100, 102. counter 1
00 and 102 each give a 4-bit parallel output. The overflow "carry out" terminal CO of counter 102 is connected to the "carry in" terminal CI of counter 100. The two counters 100, 102 thus function as a single counter with an 8-bit counting range and an 8-bit parallel output.

カウンタ100,102は各々次の論理符号支
配動作を有する。モード入力が「11」の時カウン
タは変化せずに計数値を保持する。モード入力が
「01」の時、カウンタはクロツク94からクロツ
ク入力Cでクロツク・パルスを受取つた時に1だ
け増計数する。モード入力が「10」の時カウンタ
はクロツク入力Cでクロツク・パルスを受取つた
時に1だけ減計数する。モード入力が「00」の
時、カウンタはプリセツト端子の計数値をロード
する。プリセツト端子の全ては図示してあるるよ
うに論理レベル「0」の電位に接続される。プル
アツプ抵抗器97,99が存在する事により
「00」の符号が初期のターン・オフ時に自動的に
点96,98に生じる。従つてカウンタ100,
102はターン・オン時に常に「00000000」の計
数値でスタートする。これはターン・オン時のレ
ーザ46を損傷する可能性のある過渡現象からレ
ーザを保護する。
Counters 100, 102 each have the following logic sign dominant operation. When the mode input is "11", the counter holds the count value without changing. When the mode input is ``01'', the counter increments by one when a clock pulse is received at clock input C from clock 94. When the mode input is ``10'', the counter decrements by one when a clock pulse is received at clock input C. When the mode input is "00", the counter loads the count value on the preset terminal. All of the preset terminals are connected to a logic level "0" potential as shown. The presence of pull-up resistors 97 and 99 automatically generates a "00" sign at points 96 and 98 upon initial turn-off. Therefore, the counter 100,
102 always starts with a count value of "00000000" when turned on. This protects the laser from transients that could damage the laser 46 during turn-on.

キヤリー・アウト端子COに「1」の存在する
事によつて表示されるカウンタ100のオーバー
フローは、フイードバツク制御装置によつて
「11」のパワー範囲内の光出力が達成できない事
を示す。これは一般にレーザ46が故障した事を
意味する。従つて信号線104上のカウンタ10
0からのオーバーフロー・カウントは「レーザ故
障フラグ」と解釈される。最も上位の出力ビツト
線110,111,112の3本全部に同時に論
理値「1」が生じる事は制御装置は制御装置の範
囲の7/8が利用されてしまつた事を示すのでレー
ザの故障が接近しているものと解釈される。この
条件はANDゲート118により検出され、その
「1」出力は「レーザ故障接近フラグ」と解釈さ
れる。
An overflow of the counter 100, indicated by the presence of a ``1'' at the carry out terminal CO, indicates that a light output within the ``11'' power range cannot be achieved by the feedback controller. This generally means that laser 46 has failed. Therefore, the counter 10 on the signal line 104
An overflow count from 0 is interpreted as a "laser failure flag." If all three of the highest output bit lines 110, 111, and 112 have a logic value of 1 at the same time, this indicates that 7/8 of the range of the control device has been utilized, indicating a laser failure. is interpreted as being close to each other. This condition is detected by AND gate 118, whose "1" output is interpreted as a "laser failure approaching flag."

カウンタ100,102の出力ビツト線110
〜117は各々ANDゲート120〜127に接
続される。これらANDゲートの各々の他入力は
エネーブル線128に接続される。ANDゲート
120〜127がエネーブル線128上の「1」
によつてエネーブルされる時、カウンタ100,
102の計数値はANDゲートを経由して転送さ
れ、抵抗130〜137から成る2進抵抗はしご
形回路に与えられる。抵抗値は、2進はしご形回
路中の抵抗を流れる電流の総和が計数値に対応す
る離散的なアナログ値になるように、図示される
ように2進的に値が増加している。2進はしご形
回路はデイジタル−アナログ変換器あるいはデイ
ジタル的にプログラマブルな電流源として作用す
る。2進はしご形回路の抵抗を流れる電流の総和
は駆動電流として線138を経てレーザ46に加
えられる。R2R回路網等の他のD/A低抗回路
網を使う事もできる。
Output bit line 110 of counters 100, 102
-117 are connected to AND gates 120-127, respectively. The other input of each of these AND gates is connected to enable line 128. AND gates 120-127 are "1" on enable line 128
When enabled by counter 100,
The count value of 102 is transferred via an AND gate and applied to a binary resistor ladder circuit consisting of resistors 130-137. The resistance values are increasing in value in a binary manner as shown such that the sum of the currents flowing through the resistances in the binary ladder circuit is a discrete analog value corresponding to the count value. The binary ladder circuit acts as a digital-to-analog converter or digitally programmable current source. The sum of the currents flowing through the resistors of the binary ladder circuit is added to the laser 46 via line 138 as a drive current. Other D/A low resistance networks such as R2R networks can also be used.

周知のようにECL技術と共にプルアツプ抵抗
を用いなければならないが、多くのプルアツプ抵
抗は図を簡単にするために示されていない。
ECL技術を用いた1つの結果は電流が決して始
めから終りまでゼロ値にならない事である。従つ
て例え計数値が「00000000」の時でさえも線13
8にはいくらかの電流が流れる。D/A抵抗回路
網はレーザ46がしきい値に達するのにこの電流
が充分でないように設計されるべきである。
As is well known, pull-up resistors must be used with ECL techniques, but many of the pull-up resistors are not shown to simplify the diagram.
One result of using ECL technology is that the current never reaches a zero value from beginning to end. Therefore, even if the count value is "00000000", line 13
Some current flows through 8. The D/A resistor network should be designed such that this current is not sufficient for laser 46 to reach threshold.

ダイオード140,142はレーザ・ダイオー
ド46の付加的電圧降下がD/A回路網中の抵抗
に対する正しい終端電圧(VTT=2ボルト)を与
えるように、論理供給電圧(VEE=5.2ボルト)を
オフセツトするために設けられる。
Diodes 140, 142 provide a logical supply voltage (V EE =5.2 volts) such that the additional voltage drop across laser diode 46 provides the correct termination voltage (V TT =2 volts) for the resistors in the D/A network. Provided for offset.

デイジタル制御装置が光通信の応用い用いられ
る時、制御装置の内部動作のシーケンスは次の通
りである。パワーがオンになる時、カウンタはプ
リセツトのゼロをロードする。その後即座にA/
D変換器がレーザ出力パワーを不充分である
(「01」)と符号化する。これはカウンタを増計数
させ、それによつて各計数値において線138を
経てD/A変換器によりレーザに供給されるバイ
アス電流を増加させる。これはレーザ出力パワー
が許容可能なパワー範囲内(「11」)に入りそれが
符号化されるまで続く。この時ノード144にお
いてバイアス電流に変調信号が付加され得る。線
146上の信号入力はゲート148及び抵抗15
0を経てこのノードに変調電流を供給する。この
変調電流はレーザの発生する平均パワーを変化さ
せる。もし平均パワー変位がそれを許容可能なパ
ワー範囲(「11」)の外側へやるのに充分であれ
ば、これはA/D変換器によつて符号化されカウ
ンタは補償のために増計数又は減計数する。実
際、許容可能なパワー範囲(「11」)は、入力変調
信号が発生する平均パワーの変動よりも幅が少し
大きいように選択される。プログラマブル電流源
(D/A変換器)の分解能は、変調電流によつて
導入された平均パワーの変動がカウンタ状態の変
化を生じないような少なくとも1つのカウンタ状
態が存在する位に充分に大きい。短かい動作期間
の後にカウンタはこの状態(又はこれらの状態の
1つ)になる。この状態が一度達成されると、カ
ウンタの状態を変化させる唯一の現象は経年変化
又は温度によるレーザの平均パワーの変化だけで
ある。
When the digital control device is used in optical communication applications, the internal operation sequence of the control device is as follows. When power is turned on, the counter loads a preset zero. Then immediately A/
A D converter encodes the laser output power as insufficient ("01"). This causes the counter to increment, thereby increasing the bias current provided to the laser by the D/A converter via line 138 at each count. This continues until the laser output power falls within the allowable power range ("11") and is encoded. At this time, a modulation signal may be added to the bias current at node 144. The signal input on line 146 is connected to gate 148 and resistor 15.
0 to this node. This modulation current changes the average power produced by the laser. If the average power displacement is sufficient to take it outside the allowable power range ('11'), this is encoded by the A/D converter and the counter is incremented or Decrement the count. In fact, the allowable power range ("11") is chosen to be slightly wider than the average power variation produced by the input modulation signal. The resolution of the programmable current source (D/A converter) is sufficiently large that there is at least one counter state such that variations in the average power introduced by the modulating current do not cause a change in the counter state. The counter enters this state (or one of these states) after a short period of operation. Once this state is achieved, the only phenomena that change the state of the counter are changes in the average power of the laser due to aging or temperature.

印刷、記録又は表示の応用において必要とされ
得るピーク・パワー制御変調モードにおいて制御
装置が用いられる時、制御装置の内部動作のシー
ケンスは次の通りである。即ち論理レベル・ゼロ
信号がエネーブル線76及び外部制御ワード線9
0,92に供給される。次にパワーが制御装置に
加えられ、カウンタはプリセツト・ゼロをロード
する。この時ピーク・パワー制御された光パルス
として表現されるべきデイジタル信号列がエネー
ブル線76に加えられる。最初の論理レベル1が
この線に加えられると即座に制御ループが閉じ、
レーザの状態が符号化され、カウンタはレーザ出
力が許容可能なパワー範囲(「11」)に至るまで増
計数される。許容可能なパワー範囲は抵抗60,
62を適当に定める事によつて応用に必要とされ
るものに設定されている。外部制御ワード・エネ
ーブル76が論理レベル1に保たれる限り、制御
装置は前述の機構によつてレーザ出力を許容可能
なパワー範囲内に維持する。エネーブル76が論
理レベル0になると、ゼロ・プリセツトが再びカ
ウンタにロードされレーザ出力をゼロに落とす。
このサイクルはパルスがエネーブル線76に加え
られる毎に繰り返される。またレーザが許容可能
範囲に入つた後外部制御ワード線90,92を
「11」にしエネーブル線76を0にする事によつ
て、エネーブル線128を用いてレーザ駆動電流
の同様の変調を行なつてもよい。この動作モード
ではカウンタを更新するために周期的にフイード
バツク・ループを再エネーブルする必要がある。
When the controller is used in peak power control modulation mode, which may be required in printing, recording or display applications, the sequence of internal operations of the controller is as follows. That is, a logic level zero signal is applied to enable line 76 and external control word line 9.
0,92. Power is then applied to the controller and the counter loads the preset zero. At this time, a digital signal train to be expressed as a peak power controlled optical pulse is applied to enable line 76. As soon as the first logic level 1 is applied to this line, the control loop closes,
The state of the laser is encoded and the counter is incremented until the laser output reaches an acceptable power range ("11"). Acceptable power range is resistance 60,
By appropriately defining 62, it is set to what is required for the application. As long as external control word enable 76 is held at logic level 1, the controller maintains the laser output within an acceptable power range by the mechanism described above. When enable 76 becomes a logic level 0, the zero preset is again loaded into the counter and drops the laser output to zero.
This cycle repeats each time a pulse is applied to enable line 76. A similar modulation of the laser drive current can also be performed using enable line 128 by setting external control word lines 90 and 92 to ``11'' and setting enable line 76 to 0 after the laser is within an acceptable range. It's okay. This mode of operation requires periodically re-enabling the feedback loop to update the counter.

エネーブル線76及び外部制御ワード線90,
92はレーザをターン・オフするために論理レベ
ル0にされてもよい。この信号はレーザが搭載さ
れたキヤビネツト上のインターロツク・スイツチ
又はレーザが用いられるシステムからの信号によ
つて与えられる。この機構はレーザ放射に不注意
にさらされる事から事を保護し得る手段を与え
る。同じ機能を達成するためにエネーブル線12
8を代わりに用いてもよい。
enable line 76 and external control word line 90,
92 may be brought to a logic level 0 to turn off the laser. This signal is provided by an interlock switch on the cabinet in which the laser is mounted or by a signal from the system in which the laser is used. This mechanism provides a means of protecting things from inadvertent exposure to laser radiation. Enable wire 12 to achieve the same function
8 may be used instead.

制御装置は、エネーブル線76及び外部制御ワ
ード線92に論理レベル0を、外部制御ワード線
90に論理レベル1を与える事によつて、それが
接続されたレーザ・ダイオードの条件をテストす
る事ができる。これはカウンタを連続的に増計数
させ、D/A変換器はそのダイナミツク・レンジ
を反復的に走査する。従つてレーザ・ダイオード
を通る電流はしきい値以下のある値からD/A変
換器が供給し得るピーク電流にわたつて変化す
る。従つてこの範囲内の全ての電流に対するレー
ザ・ダイオードの応答がアナログ・レーザ報告線
160又はレーザ光出力ポートのいずれかにおい
て調べられる。
The controller can test the condition of the laser diode to which it is connected by applying a logic level 0 to enable line 76 and external control word line 92 and a logic level 1 to external control word line 90. can. This causes the counter to continuously increment and the D/A converter to repeatedly scan its dynamic range. The current through the laser diode therefore varies from some value below the threshold to the peak current that the D/A converter can supply. The response of the laser diode to all currents within this range is therefore examined at either the analog laser report line 160 or the laser light output port.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による発光半導体デバイスのバ
イアス電流のためのデイジタル制御装置のブロツ
ク図、第2図はデイジタル制御装置の良好な実施
例のブロツク図、第3図は駆動電流の関数として
典型的な注入レーザの出力パワー曲線を表わした
図、第4図は第2図の良好な実施例の図である。 10……受光デバイス、12……発光半導体デ
バイス、16……光フアイバー、20……デイジ
タル制御装置、26……A/D変換器、28……
制御論理、30……D/A変換器、32……デイ
ジタル・システム。
FIG. 1 is a block diagram of a digital control device for the bias current of a light-emitting semiconductor device according to the invention, FIG. 2 is a block diagram of a preferred embodiment of the digital control device, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the output power curve of a typical injection laser, and FIG. 4 is a diagram of a preferred embodiment of FIG. 10... Light receiving device, 12... Light emitting semiconductor device, 16... Optical fiber, 20... Digital control device, 26... A/D converter, 28...
Control logic, 30...D/A converter, 32...Digital system.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 発光半導体デバイスからの光出力を感知し、
その振幅を表わすデイジタル信号を生成する装置
と、 上記デイジタル信号に応答してデイジタル出力
信号を発生する制御論理と、 上記デイジタル出力信号を発光半導体デバイス
のための駆動電流に変換する装置とより成る 発光半導体デバイス用の制御回路。 2 上記光出力を感知する装置がフオトダイオー
ドから成る特許請求の範囲第1項記載の制御回
路。 3 上記制御論理がアツプ/ダウン・カウンタか
ら成り、上記デイジタル出力信号が上記カウンタ
の計数値である特許請求の範囲第1項記載の制御
回路。
[Claims] 1. Sensing light output from a light emitting semiconductor device;
a device for generating a digital signal representing the amplitude thereof; control logic for generating a digital output signal in response to said digital signal; and a device for converting said digital output signal into a drive current for a light emitting semiconductor device. Control circuit for semiconductor devices. 2. The control circuit of claim 1, wherein the device for sensing light output comprises a photodiode. 3. The control circuit of claim 1, wherein said control logic comprises an up/down counter, and said digital output signal is a count of said counter.
JP3253082A 1981-03-23 1982-03-03 Control circuit for light emtting semiconductor device Granted JPS57162481A (en)

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